ULVAC CRYOGENICS INC｜[低温泵入门 5 ]

制冷机构造及冷冻原理

制冷机构造及冷冻原理
1.冷冻原理

图１:冷冻原理

低温泵所利用的代表性冷冻循环有以下两种。
①Ｇ－Ｍ循环方式
② M-Solvay循环方式
从信赖度方面考虑，大部分低温泵采用Ｇ－Ｍ循环。
敝公司采用了Ｇ－Ｍ循环。

图表示Ｇ―Ｍ循环的
工作原理和Ｐ－Ｖ图（表示
膨胀室的压力Ｐ与容积Ｖ的关系）。

2.Ｇ－Ｍ循环
Ｇ－Ｍ循环是1950年末由吉福特（Gifford）开发发明。活塞的驱动方式有机械驱动方式（ＵＣＩ，ＣＴＩ）和利用工作气体压力差的驱动方式。Ｇ－Ｍ循环效率高，不仅驱动速度慢，而且对内部密封件的负荷小，是具有高性能及高信赖性的制冷循环。下面就敝公司采用的机械驱动方式进行说明。

A 最初活塞在活塞筒体的最下部。 此时低压阀关闭，高压阀开启。 ↓ (a) 高压氦气进入活塞筒体的低温部（室温）填充。 ↓ B 活塞筒体内成高压状态。 ↓ (b) 活塞向上移动，室温状态的氦气在蓄冷器内冷却后进入低温部。 ↓ C 低温部呈最大容积。此时高压阀关闭，低压阀开启。 ↓ (c) 低温部的高压氦气经过蓄冷器而放出。此时通过膨胀，氦气的温度降低， 产生低温。 ↓ D 低温部呈最低压力状态。 ↓ (d) 活塞向下移动，被冷却的氦气边对蓄冷器进行冷却边移送到室温部。 ↓ A 回到原位，即循环完成。。

由此可以看出，在理想的Ｇ－Ｍ循环里Ｐ－Ｖ图成四角形。把循环周期用ｔ秒表示的话，理想的冷冻能力Ｑideal可由以下公式计算得出。

Q ideal =W/t

为了获得１５Ｋ以下极低温，实际制冷机为2段式结构。且为实现结构的简单化，把蓄冷器安装在活塞内。因1段密封件和2段密封件不存在压力差，故密封件的负担小，寿命长信赖度高。